Излучения газообразных тел резко отличается от излучения твердых и жидких тел. Излучение твердых и жидких тел зависит, в первую очередь, от состояния поверхности тела, а газы излучают энергию по всему объему, то есть в излучении участвуют все частицы газа.
Одно-и Двухатомные газы (О2, N2, Ar, He и др.). Имеют совсем малую излучательную способность и коэффициент поглощения. Эти газы считаются прозрачными для тепловых лучей. Трех-и многоатомные газы (H2O, CO2, NO2, SO2 и др.). Имеют значительную излучательную способность, а следовательно, и коэффициент поглощения.
В отличие от твердых тел газы излучают и поглощают энергию только на определенных длинах волн, т. е. излучение имеет селективный характер и спектр излучения не является непрерывным. Это явление используют для определения состава газов.
Наибольший интерес вызывают данные об излучении CO2 и водяного пара, яки образуются при сжигании топлива. Интенсивностью их излучения, в основном, определяется теплообмен между раскаленными газообразными продуктами сгорания и телами, обогреваемых в топках и печах.
Так как газы излучают и поглощают излучение по всему объему, то интенсивность излучения газов зависит от парциального давления газа Р и толщины газового слоя l. Обычно коэффициенты теплового излучения газов £ приводят в виде зависимости 8 от произведения Pl. Величина l является одновременно и толщиной газового слоя и длиной пути луча, который пронизывает газовый объем. На рисунках М.1 и М.2 приложения М приведены зависимости коэффициентов теплового излучения двуокиси углерода £ (СО2) и водяного пара £ (Н2О) от температуры при различных значениях Pl.
Для водяного пара в связи со способностью ее молекул к ассоциации влияние Р (Н2О) является большим чем l, поэтому значение £ (Н2О), найденное номограмме (см. рис. М.2 приложения М), следует умножить на поправочный коэффициент ß (рис. М.3 приложении М), который зависит от парциального давления Р (Н2О).
Двуокись углерода и водяной пар присутствует в топочных газах одновременно. В газах в топ глазных устройствах возможно наличие золы и сажи, что в значительной мере увеличивает коэффициент излучения объема, который излучает, и должно учитываться отдельно.
Толщину слоя l газового объема, излучающий, определяют по специальным рекомендациям, яки приводятся в справочной литературе.
Расчет теплообмена излучением между газом и стенками канала является очень сложным и выполняется с помощью целого ряда графиков и таблиц. Более простой и вполне надежный метод расчета был разработан Шаком. Он предложил уравнение для поверхностной плотности лучистого потока газов в среде с температурой 0 К. Обычно считают, что конвекция и излучение не влияют друг на друга. Коэффициент теплоотдачи конвекцией аконв. определяют с помощью теории подобия (см. раздел 2.2.2), а коэффициентом теплоотдачи излучением авипр. рассчитывают по уравнению (2.189). Как показывают расчеты, даже при низких температурах вклад излучения до теплообмена между поверхностью и газом может быть значительным, особенно при низ любой интенсивности теплоотдачи конвекцией.
В ряде случаев одной из составляющих можно пренебречь. Например, с увеличением температуры резко возрастает тепловой поток излучением, поэтому в топках паровых котлов и печей, где скорости течения газов небольшие, а температуры более 1000оС, можно пренебречь коэффициентом теплоотдачи конвекцией аконв .. И, наоборот, при теплообмене поверхности с потоком капельной жидкости, где преобладает конвективный теплообмен, излучением можно пренебречь.
Другой очень распространенный случай сложного теплообмена-перенос теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. Такой процесс называется теплопередачей, он сочетает все рассмотренные нами элементарные процессы передачи теплоты.
Теплопередача состоит из трех этапов, причем на первом и третьем при определении интенсивности передачи теплоты необходимо учитывать не только конвекцию, но и излучения. Общий коэффициент теплоотдачи на этих этапах определяется по уравнению (2.193).